. Коллиматоры
1.3.1. Коллиматоры с параллельными каналами
Важнейшим фактором, влияющим на томографическое разрешение, является выбор коллиматора. В ОФЭКТ в настоящее время наибольшее распространение получили КПК. Среди данного вида коллиматоров более предпочтительными для ОФЭКТ оказываются КПК, которые в большей степени сохраняют пространственное разрешение при изменении расстояния до объекта. Этот вывод справедлив, даже если постоянство разрешения достигается за счет некоторой потери числа отсчетов. На рис. 7.3 показана зависимость пространственного разрешения (в виде FWHM) от расстояния до объекта для двух различных низкоэнергетических коллиматоров: ультравысокого разрешения (LEUHR) и супервысокого разрешения (LESHR). Как видно из рисунка разрешение обоих коллиматоров ухудшается с увеличением расстояния до объекта, но скорость ухудшения разрешения у коллиматора LESHR значительно меньше, чем у коллиматора LEUHR. Следовательно, с точки зрения постоянства разрешения первый коллиматор как-будто является предпочтительным для LEUHR. Однако чувствительность коллиматора LESHR значительно меньше, чем у LEUHR. Возникает вопрос: стоит ли пожертвовать частичным уменьшением числа отсчетов ради улучшения пространственного разрешения? Этот вопрос особенно актуален для систем с несколькими детекторными головками.
Рис. 7.3. Зависимость пространственного разрешения системы от расстояния до объекта для двух разных низкоэнергетических коллиматоров: ультравысокого разрешения LEUHR и супервысокого разрешения LESHR [1]
Поставленная проблема детально изучалась в работе [2]. Специалистам были показаны смоделированные томографические изображения с различным соотношением между числом отсчетов и пространственным разрешением, и их попросили выбрать те из них, которые сравнимы по качеству изображения. Исследование показало, что улучшение пространственного разрешения на 2-мм дает примерно такое же повышение качества изображения, как и увеличение числа отсчетов в четыре раза. Изображение с 6-мм разрешением и 4·105 отсчетов специалистами было приравнено по качеству изображению с 8-мм разрешением и 1,6·106 отсчетов.
В работе [3] исследовалось, сохраняется ли такое соотношение для реальных ОФЭКТ изображений, полученных на разных фантомах. Результаты показали, что 2-мм улучшение разрешения сравнимо по влиянию на качество изображения с увеличением числа отсчетов в 2,5 – 3,4 раза. Примерно такие же результаты были получены из сравнения качества клинических изображений печени и мозга, полученных с коллиматором ультравысокого разрешения и коллиматором высокого разрешения. Таким образом, из этих исследований можно сделать выводы, что: а) предпочтительными являются КПК, поддерживающие на достаточно постоянном уровне свое разрешение на глубинах до 15 см и больше; б) коллиматоры высокого разрешения являются предпочтительными перед коллиматорами высокой чувствительностью.
1.3.2. Фокусирующие коллиматоры
Идеальный коллиматор для ОФЭКТ должен поддерживать высокое пространственное разрешение с увеличением расстояния до объекта без потери в количестве отсчетов. И хотя улучшение разрешения более сильно влияет на качество изображения, чем увеличение числа отсчетов (т.е. фактически повышение чувствительности), в идеале хотелось бы иметь и то, и другое. Для достижения этой цели были созданы фокусирующие коллиматоры, которые увеличивают изображение примерно так же как конвергентные коллиматоры в плоскостной визуализации. Когда получают изображения небольших объектов с большой FOV камеры, выгодно увеличит объект до размеров, которые позволяет FOV. Такой прием улучшает чувствительность без потери в пространственном разрешении.
Коллиматоры с веерными каналами (англ. fan-beam collimator) представляют один из подходов к фокусирующим коллиматорам для ОФЭКТ [4]. Такие коллиматоры имеют каналы, являющимися сходящиеся в направлении проекции данных на ось x, и одновременно параллельными в направлении оси y (рис. 7.4). Такое расположение каналов приводит к увеличению проекций по направлению оси x, что соответствует поперечной плоскости. Увеличение чувствительности при этом пропорционально коэффициенту увеличения. Для типового коллиматора с веерными каналами наблюдается примерно 50-процентное увеличение чувствительности по сравнению с КПК при одинаковом пространственном разрешении.
Рис. 7.4. Геометрия измерений, связанная с использованием коллиматора с веерными каналами в ОФЭКТ: А – коллиматор фокусируется в поперечном направлении; В – каналы коллиматора располагаются параллельно в аксиальном направлении [4]
Определенный интерес для ОФЭКТ представляют также коллиматоры с конусными каналами. Авторы одной из разработок таких коллиматоров [5] утверждают коллиматоры с конусными каналами (англ. cone-beam collimator) могут повысить чувствительность в два – три раза по сравнению с КПК при одинаковом пространственном разрешении. Однако оба этих типа коллиматоров требуют разработки специального программного обеспечения, которое будет учитывать тот факт, что проектирование данных происходит под некоторым углом к поверхности детектора. Такое программное обеспечение является более сложным и существенно более медленным в работе по сравнению с программами для КПК.